AUTOMATISIERTE AUSLEGUNG VON ACHSFEDERN · 2018. 11. 29. · DIN 13906-1) – Federlänge L – Anzahl Windungen n – Drahtdurchmesser d – Körperdurchmesser Dm – Windungs-Offset

AUTOMATISIERTE AUSLEGUNG VON ACHSFEDERN

Sergej SchneiderWOST 2018, 22.06.2018

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Agenda

1. AUFGABE UND ANFORDERUNG AN DIE ACHSFEDER

2. CHARAKTERISTIKEN DER ACHSFEDER

3. PARAMETRISIERUNG DER ACHSFEDER

4. FE-MODELL DER ACHSFEDER

5. OPTIMIERUNGSMODELL DER ACHSFEDER


221. Juni 2018


AUFGABE UND ANFORDERUNG AN DIE ACHSFEDER

321. Juni 2018



4

Fahrwerk, Feder-Dämpfer-System und

Stabilisatoren sind verantwortlich für

– Fahrsicherheit

– Roll- und Nick-Ansprechverhalten

– Stabilisierung in Kurven

– Bodenhaftung und Reduzierung der

Radkraftschwankungen

– Absorption/Minderung von Stößen und

Vibrationen in der Fahrgastzelle

– Standhöhe des Fahrzeugs

21. Juni 2018

Aufgabe der Achsfeder im Fahrzeug

Fahr- &

Bremskräfte

Nicken

Vertikalbewegung

Gieren

Rollen

Längsbewegung Querbewegung

Körper

x y

z

Lenk-

achseRad-

bewegung

Rad



5

Anforderung an die Achsfeder

– Erfüllen der statischen und dynamischen Spezifikationen

– Interaktion mit den Anbindungen (Federteller,

Gummiunterlage)

– Bauraum

– Robustheit, Leichtbau, Produzierbarkeit, Kosten

Vorteile von Schraubendruckfedern als flexibles

Element

– Kompaktes Design

– Kombination mit Dämpfer in einer Komponente

– Querkraftkompensation

– Lineare und progressive Kennlinie

– Kosteneffizient und wartungsfrei

21. Juni 2018

Anforderung an die Achsfeder im Fahrzeug


CHARAKTERISTIKEN DER ACHSFEDER

621. Juni 2018



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Kenngrößen der Achsfeder

– Stützkraft FZ bei Designlänge LDesign

– Federrate zwischen Prüflängen L1 und L2

– Durchstoßpunkte DSPoben und DSPoben bei LDesign

– Arbeitsbereich zwischen Vollausfederung und

Einfederung

Randbedingungen

– Parallel- oder Systemeinfederung

– Bauraum außen und innen

– Anbindung zum Federteller und zur

Gummiunterlage

21. Juni 2018

Charakteristische Kenngrößen

Kraftvektor (KWL)

DSPoben

DSPunten

Stützkraft FZ

Ra

ten

prü

fun

g L

1-

L2

Arb

eitsbere

ich

Fe

de

rlä

nge

LD

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n


PARAMETRISIERUNG DER ACHSFEDER

821. Juni 2018



9

Parameter (vgl. DIN 13906-1)

– Federlänge L

– Anzahl Windungen n

– Drahtdurchmesser d

– Körperdurchmesser Dm

– Windungs-Offset (b)

– Windungs-Neigung (c)

21. Juni 2018

Parameteridentifizierung

Kraftwirkungslinie

a) b) c)



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Anlehnung an Helixdefinition

– Manteldefinition (Körper)

– Kurvendefinition (UV-Ebene)

Körper als NURBS-Fläche

– Grad in Umfangsrichtung U konstant

– Grad in Höhenrichtung V variabel

Körpermanipulation mittels Kontrollnetz

– Durchmesser

– Neigung

– Offset

21. Juni 2018

Modellaufbau (Körper)

Mantel

(Körper)

Kontrollnetz



1121. Juni 2018

Modellaufbau (UV-Ebene)

Kurve als NURBS-Kurve

Mehrfachabwicklung

Kurvenmanipulation mittels Kontrollpolygon

– Lokaler Einfluss der Kontrollpunkte

abhängig vom Grad der Funktion


FE-MODELL DER ACHSFEDER

1221. Juni 2018



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Parametrisiertes Modell in Mechanical APDL

Statisch

Geometrisch nicht-linear

Quadratische Elemente

Elastisches Materialmodell

Balkenmodell

– Geometrieauslegung

Volumenmodell

– Lebensdauerbewertung

21. Juni 2018

FE-Modell

Balkenmodell mit BEAM189 (oben)

Volumenmodell mit SOLID186 (unten)

Teller mit TARGE170


OPTIMIERUNGSMODELL DER ACHSFEDER

1421. Juni 2018



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Zylindrische Achsfeder als Referenzdesign

optiSLang-Projekterzeugung via OPX-Schnittstelle

Restriktionen als Strafterme in Zielfunktion

– Max. zulässige Schubspannung | PSWT

– Stützkraft (±Toleranz)

– Rate (±Toleranz)

– Durchstoßpunkte (±Toleranz)

– Min. Windungsabstand

– Max. zulässige Hohllage

– Bauraum

Minimierung Var(Schubspannung | PSWT) + Strafterme

21. Juni 2018

Optimierungsmodell

Bauraumprüfung

auf STL-Basis



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Startdesign auf Basis der analytischen Auslegung

Schnelle Verbesserungen der Zielfunktion

Abbruch durch Stagnationskriterium nach 3800 Designs

Historie:

21. Juni 2018

Beispielergebnis

a) Startdesign b) BestDesign



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Alle Kriterien erfüllt

Leicht inhomogene Belastung bei max. Einfederung

bauraumbedingte Grenzen

21. Juni 2018

Beispielergebnis

a) Durchstoßpunkte b) Max. Einfederung c) Schubspannungsverlauf


Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

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AUTOMATISIERTE AUSLEGUNG VON ACHSFEDERN · 2018. 11. 29. · DIN 13906-1) – Federlänge L – Anzahl Windungen n – Drahtdurchmesser d – Körperdurchmesser Dm – Windungs-Offset